桥梁荷载试验.ppt

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1、7:48 PM,共44页,1,桥梁荷载试验,2,1.桥梁荷载试验的目的（无损检测）,(1)检验桥梁结构设计与施工质量；(2)验证桥梁结构设计理论和计算方法;(3)检验桥梁的承载能力，了解桥梁的工作性能，为 桥梁的正常运营、加固改造和养护管理提供依据；(4)积累科学技术资料，充实与发展桥梁计算理论和施工技术，以便更好地为完善和修订相关规范奠定基础。,7:48 PM,共44页,3,2 桥梁荷载试验的一般步骤和内容,2.1 荷载试验步骤2.2 桥梁荷载试验介绍 2.2.1 静载试验 2.2.2 动载试验,7:48 PM,共44页,4,根据图纸进行结构计 算，确定试验加载方案和日期,桥梁外观检查及无损

2、检测,检测方案报批,申请封闭交通,桥梁荷载试验,综合评估分析,图纸资料收集及现场测绘,测试挠度、应力,主要截面裂缝,桥墩变位监测,跳 车,地脉动,静载,试验,动载,试验,检测评估报告,桥梁荷载试验简介,7:48 PM,共44页,5,桥梁静载试验,桥梁静载试验主要是通过测量桥梁结构在静力试验荷载作用下各控制截面的应力及结构变形，从而确定桥梁结构实际工作状态与设计期望值是否相符，它是检验桥梁性能及工作状态（如结构的强度、刚度）最直接、最有效的办法。在静载试验前运用桥梁专用有限元程序对桥梁结构建模，试验前计算出各控制截面的内力影响线，进行静力加载计算，静力计算结果与荷载试验结果进行比较，以判定结构现

3、有安全运营荷载等级。,7:48 PM,共44页,6,桥梁静载试验,应力采用电阻应变仪进行测试，为消除温度变化的影响，对每个电阻应变片均配有相应的温度补偿片。挠度采用全站仪，根据本桥的测试环境，全站仪测试的位移测点布设在箱梁内腹板上，且双侧布置。位移测试中，对桥梁截面竖向位移进行观测，同时，也测量桥梁竖向和平面线形。,7:48 PM,共44页,7,桥梁动载试验,动载试验是研究桥梁结构的自振特性和车辆动力荷载与桥梁结构的联合振动特性，这些特性参数是判断桥梁结构营运状况和承载能力的重要指标。动载试验包括脉动试验和强迫振动试验两部分，主要测试内容为：梁体横向和竖向自振频率，结构的模态振型；梁体的横向和

4、竖向振动阻尼比；梁体控制部位的竖向动挠度（含动力系数）；梁体控制截面的动应力（含动力系数）；,7:48 PM,共44页,8,桥梁动载试验,动载试验是研究桥梁结构的自振特性和车辆动力荷载与桥梁结构的联合振动特性，这些特性参数是判断桥梁结构营运状况和承载能力的重要指标。动载试验包括脉动试验和强迫振动试验两部分，主要测试内容为：梁体横向和竖向自振频率，结构的模态振型；梁体的横向和竖向振动阻尼比；梁体控制部位的竖向动挠度（含动力系数）；梁体控制截面的动应力（含动力系数）；,7:48 PM,共44页,9,桥梁动载试验-脉动试验,脉动试验是通过在桥上布置高灵敏度的拾振器，长时间记录结构在环境激励：如风、水

5、流、地脉动、等引起的振动，然后进行谱分析，求出结构自振特性的一种方法。环境激励为平稳的各态历程，在中低频段，环境振动的激励谱比较均匀，在环境激励的频率与桥梁的自振频率一致或接近时，桥梁容易吸收环境激励的能量，使振幅增大；而在环境激励的频率与桥梁自振频率相差较大时，由于相位差较大，有相当一部分能量相互抵消，振幅较小。对环境激励下桥梁的响应信号进行多次功率谱的平均分析，并利用各个测点的幅值和相位关系，可得到桥梁的各阶自振频率和振型，利用半功率带宽法确定各阶模态阻尼比，从而获得桥梁的自振特性，并将实测值与计算值进行比较和分析，对桥梁的动力特性进行评估。,7:48 PM,共44页,10,桥梁动载试验-

6、强迫振动试验,强迫振动试验是利用试验列车在桥上行驶或制动，对桥梁施以动荷载，测量桥梁特征位置的振幅、加速度、动应力等，对测得的桥梁动力响应值进行分析，获得桥梁的动力响应特性及舒适度指标，并对它们进行评估。强迫振动试验分为跑车试验、制动试验两种工况。,7:48 PM,共44页,11,求设计活载内力,拟定加载车辆数及轴重,拟定加载位置加载求内力,求控制截面加载效率达到规定值,检验其他相应截面效应是否超限,结束布载,布载流程图,是,否,超限,未超,3.桥梁静载试验方案设计,7:48 PM,共44页,12,（1）工程概况地理位置：广州市广园快速路沙河立交桥位于广州大道北沙河顶和广园路交界，东西连接广园

7、路和内环路，南北贯通广州大道北。桥梁总长8229.47m，分7个标段，其中A1.4标段E线位于广园路与禺东西路交叉口，是广汕路、广园东路及火车东站东往西接内环路广园西路及永福路的高架桥。总体布置：跨径组合为40+55+40m，变高度预应力混凝土连续箱梁，梁高23m，采用50号混凝土现浇。设计荷载：汽车-超20级，挂车-120。,7:48 PM,共44页,13,A-A截面,B-B截面,7:48 PM,共44页,14,挠度测点布置,7:48 PM,共44页,15,应变测点布置,7:48 PM,共44页,16,试验车辆的确定,本次加载需7台重约350kN的重车。,图4.8 加载重车轴位图（单位：cm

8、）,7:48 PM,共44页,17,通过工况13使边跨（47E48E桥跨）0.5L处梁截面正弯矩达到加载效率；,7:48 PM,共44页,18,工况3现场实景,7:48 PM,共44页,19,动载试验方案设计,激振方式：地脉动、跳车测试仪器：DASP动态测试与分析系统、加速度传感器测点布置：跨中和L/4处,7:48 PM,共44页,20,4.试验结果与分析,挠度应变自振特性,7:48 PM,共44页,21,纵向测点计算挠度曲线,7:48 PM,共44页,22,纵向测点实测挠度曲线,7:48 PM,共44页,23,实测值与计算值对比曲线,7:48 PM,共44页,24,表4.5 试验工况下各断面

9、挠度的实测值和计算值比较（挠度单位：mm）,7:48 PM,共44页,25,试验方法中关于预应力混凝土桥梁挠度校验系数为：,挠度校验系数满足此要求。,设计规范中关于梁式桥竖向挠度允许限值为：,最大实测值-9.9mm，满足要求。,7:48 PM,共44页,26,挠度与加载效率变化关系,边跨跨中3#测点,中跨跨中7#测点,7:48 PM,共44页,27,应变测试结果,表4.8 主要测点应变实测值和计算值比较（1E-6）,7:48 PM,共44页,28,试验方法中关于预应力混凝土桥梁应变校验系数为：,该桥应变校验系数满足此要求。,7:48 PM,共44页,29,应变与加载效率变化的关系,B-B截面6

10、#测点,C-C截面6#测点,7:48 PM,共44页,30,残余变形和残余应变：残余变形和应变与该点实测值的比值均小于0.20，满足要求。裂缝情况：在试验过程中，检测桥跨箱梁底板未见肉眼可观测到的裂缝出现。桥墩沉降情况：在试验过程中，检测桥跨桥墩未产生可观测到的沉降变位。,7:48 PM,共44页,31,地脉动47E48E桥跨L/2点加速度时程曲线及频谱图,动载试验结果,7:48 PM,共44页,32,地脉动47E48E桥跨L/4点加速度时程曲线及频谱图,7:48 PM,共44页,33,表4.9 一阶自振频率实测值汇总表,动测数据分析结果表明该桥的实测一阶自振频率平均值为2.185Hz，而对应

11、的理论计算一阶频率为2.031Hz，实测频率稍大于计算值，说明该桥的实际刚度较大，振动响应较小，行车性能正常。,7:48 PM,共44页,34,通过对沙河立交桥E线47E50E段的荷载试验分析得出如下结论：该桥的静动力工作性能较好，检测指标能满足试验方法的要求，在试验过程中箱梁底板未出现肉眼可见的裂缝，试验桥跨的桥墩未产生可观测到的沉降变位，桥梁的承载能力和正常使用状态均能满足汽车-超20级和挂车-120设计荷载等级的要求。,7:48 PM,共44页,35,实体模型ANSYS、SOLID95单元,实体有限元模型图,7:48 PM,共44页,36,ANSYS实体模型挠度计算结果云图,7:48 P

12、M,共44页,37,5.2.3应变,ANSYS实体模型应变计算结果云图,7:48 PM,共44页,38,应变计算结果对比分析小结,由表5.85.10中的实测值可以看出，在偏载作用下，箱梁梁底横向各点的应变还是存在较大的差异，这点在梁格模型及实体模型的计算值上也得到了体现，相比空间单梁模型得到的整个箱梁截面的平均应力，其结果更能反映真实受力情况。事实上梁格模型求出的应变亦是梁格所代表的截面底部的平均应变，但它可以体现边肋与中肋的受力区别，其结果精度满足实际工程需要。,7:48 PM,共44页,39,5.2.4 自振特性,一阶,二阶,7:48 PM,共44页,40,三阶,四阶,7:48 PM,共4

13、4页,41,大跨度桥梁施工控制,1、概述2、施工控制的意义和目的3、施工监控的原则和方法4、施工监控的工作内容5、施工控制实施流程6、已完成工程实例,7:48 PM,共44页,42,1 概述,大跨度桥梁常用施工方法,桥梁施工方法,支架现浇,先简支后连续,悬臂施工法,顶推施工方法,转体施工方法,对于预应力混凝土桥，悬臂浇筑法较多，对于结合梁和钢桥，悬臂拼装施工方法较多,7:48 PM,共44页,43,不同施工方法的桥梁在施工过程中均可能发生较大的位移，需要根据设计图及其施工顺序计算确定。大跨度桥梁的施工是一个系统工程，在施工过程中，将受到许多确定和不确定因素的影响，包括设计计算、材料性能、施工精

14、度、荷载、温度等诸多方面在理想状态和实际状态之间存在的差异，桥梁施工控制就是在施工中从各种受误差影响而失真的参数中找到相对真实的值，对施工状态进行实时识别、调整，确保结构满足设计和规范要求。,7:48 PM,共44页,44,近年来，我国客运专线建设大规模开展，今后15年中，客运专线总里程将达到1.2万公里。在全世界高速铁路桥梁范围内，跨度超过100m的大跨度预应力混凝土梁较少采用。原因是大跨度桥梁施工过程中的挠度大、后期收缩徐变变形较难控制。我国高速铁路及客运专线大跨度桥梁较多，仅京津城际轨道交通工程，全线跨度超过100m的预应力混凝土连续梁就有8处之多，其中最大跨度达到128m，分别为北京环线特大桥跨四环梁拱组合桥和跨五环连续梁桥。,